Thread.sleep(0)的奇怪现象

背景

先来看这么一段代码

public class Test {

    public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable runnable = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
                num.getAndAdd(1);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行结束!");
        };

        Thread t1 = new Thread(runnable);
        Thread t2 = new Thread(runnable);
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("num = " + num);
    }

}

这段代码启动了2个线程，然后运行了很多次计数器加1操作，主线程等待1000毫秒后就打印。看上去无论2个线程是否长时间运行，主线程都应该在1秒后打印num的值。
但奇怪的现象是主线程会等待2个子线程结束后再打印sleep被延长了很久。

sleep（0）

现在修改一下这段代码，增加一个sleep（0）看看会有什么变化

public class Test {

    public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable runnable = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
                num.getAndAdd(1);
                if(i % 100 == 0){
                    try {
                        Thread.sleep(0);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行结束!");
        };

        Thread t1 = new Thread(runnable);
        Thread t2 = new Thread(runnable);
        t1.start();
        t2.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("num = " + num);
    }
}

一切都变得正常了，主线程1秒后就打印了数值，当然由于2个线程并未执行完，所以num值并不是2000000000 。

安全点

之所以会有这样的差异，主要是因为sleep会进入安全点。

关于安全点的描述，我们可以看看《深入理解JVM虚拟机(第三版)》的 3.4.2 小节：

在HotSpot中，JVM {% kbd Stop-the-World %} 的暂停机制称为安全点。在安全点期间，所有运行java代码的线程都被挂起。运行native代码的线程可以继续运行，只要它们不与JVM交互(比如尝试通过JNI访问Java对象，调用Java方法或从native返回Java，这些将挂起线程直到安全点结束)。

启动安全点的原因

以下是 HotSpot JVM 启动安全点的几个原因：

• 垃圾收集暂停
• 代码去优化
• 刷新代码缓存
• 类重新定义（例如热插拔或仪表）
• 偏向锁撤销
• 各种调试操作（例如死锁检查或堆栈跟踪转储）

安全点的实现

1.安全点的检查就是在代码的某些位置插入了些安全点的检查代码
2.应用线程到达安全点时，是否需要进入安全点状态，通常只是个状态判定，比如线程是否被标记为poll armed，或者本地 local polling page 是否为脏，是否已经在block状态（已经block的，安全点未结束前，不离开block状态）等
3.应用线程如果发现需要进入安全点状态，则并把自己状态改为安全（把自己阻塞block）
4.需要所有应用线程都到达安全点安全状态(block阻塞状态)，才开始做安全点的动作。

• 安全点设置的优化

在循环中如果插入过多的安全点，则会导致效率低下，所以在可以预见不会太长的循环体中不插入安全点。而使用int类型变量进行for循环就是这样的一个被认为不会太长的循环。

所以第一段代码中，之所以会出现主线程等待子线程的情况，是因为子线程在进入循环体内后没有安全点。而第二段代码中显然sleep（0）的添加增加了安全点。

如何进入安全点

jdk8的safepoint说明

其中Running in native code 中说明了，线程从native方法退回到jvm虚拟机中时需要进行安全点检查。而sleep这个方法正好就是native方法。

其他

除了采用sleep（0）来使线程进入安全点外，还能使用long代替int进行for循环。long被认为不是一个短暂的循环体，会被插入安全点检查。

另外，Java 10引入了一项更高级的叫循环切分(loop strip mining)的技术来更进一步地平衡安全点检查对吞吐量和延迟所产生的影响。就不会产生第一段代码的效果了。